УСТРОЙСТВО ИСТОЧНИКА ТЕПЛА И СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЕРЕБРОСОДЕРЖАЩЕГО ЦЕОЛИТА Российский патент 2020 года по МПК F23C13/08 B01J29/12 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001]

Настоящее изобретение относится к устройству источника тепла, использующему теплоту каталитической реакции серебросодержащего цеолита, и способу использования серебросодержащего цеолита.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002]

Обычно в качестве источников тепла для различных устройств используются источники теплоты сгорания, например газовые горелки и керосиновые горелки. Однако сегодня существует тенденция к тому, чтобы источник тепла был спроектирован с учетом большей безопасности и экологичности. Каталитический обогреватель, использующий теплоту каталитической реакции, согласно раскрытому, например в Патентном документе 1, не вызывает опасений по поводу случайного возгорания и т. п., так как в нем не происходит образование пламени, и поэтому он является более безопасным источником тепла, чем источник теплоты сгорания.

СПИСОК ПРОТИВОПОСТАВЛЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА

[0003]

Патентный документ 1: Публикация не рассмотренной японской заявки на патент № 2005-55098

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА

[0004]

Тем не менее, для каталитического обогревателя, пример которого раскрыт в Патентном документе 1, должен быть выбран катализатор с достаточной активностью для генерирования достаточного количества тепла. Кроме того, катализатор должен обладать некоторой степенью долговечности, чтобы служить практическим источником тепла. Тем не менее, нельзя сказать, что катализаторы известного уровня техники обладают достаточной активностью и долговечностью для применения в промышленности.

[0005]

С учетом вышеупомянутых проблем было разработано настоящее изобретение. Целью настоящего изобретения является разработка нового источника тепла, использующего теплоту каталитической реакции в качестве источника тепла в промышленности. Кроме того, целью настоящего изобретения является обеспечение нового способа использования серебросодержащего цеолита в качестве катализатора.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

[0006]

Для достижения вышеуказанной цели устройство источника тепла согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что использует теплоту каталитической реакции серебросодержащего цеолита, содержащего вмещающий контейнер для размещения серебросодержащего цеолита с обеспечением воздухопроницаемости, при этом вмещающий контейнер выполнен с возможностью его продувки смешанным газом, содержащим водород, пар и воздух.

[0007]

В устройстве источника тепла, обладающем данной конструктивной особенностью, при продувке вмещающего контейнера смешанным газом, содержащим водород, пар и воздух, водород адсорбируется серебросодержащим цеолитом, и одновременно адсорбированный водород вступает в реакцию с кислородом воздуха с использованием серебросодержащего цеолита, тем самым выделяя в это время большое количество теплоты каталитической реакции. Поскольку каталитическая реакция между водородом и кислородом воздуха с использованием серебросодержащего цеолита проходит в присутствии обеспечивающего высокий уровень безопасности пара, взрыв водорода не происходит, даже если теплота каталитической реакции выделяется непрерывно, что вызывает состояние высокой температуры. Таким образом, теплота каталитической реакции может быть использована в качестве источника тепла.

[0008]

В устройстве источника тепла согласно настоящему изобретению смешанный газ предпочтительно обладает концентрацией водорода 1–20 об. %, концентрацией пара 1–95 об. %, концентрацией воздуха 1–95 об. % и температурой 100 °C или выше.

[0009]

В устройстве источника тепла, обладающем данной конструктивной особенностью, поскольку состав и температура смешанного газа, которым продувают вмещающий контейнер, устанавливают в рамках соответствующих диапазонов, каталитическая реакция между водородом и кислородом воздуха с использованием серебросодержащего цеолита проходит непрерывно и эффективно при поддержании высокого уровня безопасности, таким образом обеспечивается соответствующее использование теплоты каталитической реакции в качестве источника тепла.

[0010]

В устройстве источника тепла согласно настоящему изобретению температура серебросодержащего цеолита, размещенного во вмещающем контейнере, предпочтительно соответствует 400 °C или выше по истечении одной минуты после продувки вмещающего контейнера смешанным газом.

[0011]

В устройстве источника тепла, обладающем данной конструктивной особенностью, когда осуществляется продувка вмещающего контейнера смешанным газом, серебросодержащий цеолит в значительной степени выделяет тепло в течение короткого периода времени, таким образом обеспечивается соответствующее использование теплоты каталитической реакции в качестве источника тепла.

[0012]

В устройстве источника тепла согласно настоящему изобретению серебросодержащий цеолит предпочтительно является, по меньшей мере, одним выбранным из группы, состоящей из цеолита AgX, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит X, замещена серебром, цеолита AgA, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит A, замещена серебром, цеолита AgY, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит Y, замещена серебром, цеолита AgL, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит L, замещена серебром, и цеолита Ag типа морденит, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит типа морденит, замещена серебром.

[0013]

В устройстве источника тепла, обладающем данной конструктивной особенностью, в качестве серебросодержащего цеолита используется, по меньшей мере, один, выбранный из группы, состоящей из цеолита AgX, цеолита AgA, цеолита AgY, цеолита AgL и цеолита Ag типа морденит. В этом случае каталитическая реакция между водородом и кислородом воздуха с использованием серебросодержащего цеолита проходит непрерывно и эффективно с поддержанием высокого уровня безопасности, таким образом обеспечивается соответствующее использование теплоты каталитической реакции в качестве источника тепла.

[0014]

В устройстве источника тепла согласно настоящему изобретению серебросодержащий цеолит предпочтительно является, по меньшей мере, одним выбранным из группы, состоящей из цеолита AgMX, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит X, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра, цеолита AgMA, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит A, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра, цеолита AgMY, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит Y, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра, цеолита AgML, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит L, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра, и цеолита AgM типа морденит, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит типа морденит, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра.

[0015]

В устройстве источника тепла, обладающем данной конструктивной особенностью, в качестве серебросодержащего цеолита используется, по меньшей мере, один, выбранный из группы, состоящей из цеолита AgMX, цеолита AgMA, цеолита AgMY, цеолита AgML и цеолита AgM типа морденит. Также в этом случае каталитическая реакция между водородом и кислородом воздуха с использованием серебросодержащего цеолита проходит непрерывно и эффективно с поддержанием высокого уровня безопасности, таким образом обеспечивается соответствующее использование теплоты каталитической реакции в качестве источника тепла.

[0016]

В устройстве источника тепла согласно настоящему изобретению металл, отличающийся от серебра, предпочтительно является, по меньшей мере, одним металлом, выбранным из группы, состоящей из свинца, никеля и меди.

[0017]

В устройстве источника тепла, обладающем данной конструктивной особенностью, поскольку соответствующий металл, отличающийся от серебра, также используется в цеолите AgMX, цеолите AgMA, цеолите AgMY, цеолите AgML и цеолите AgM типа морденит, каталитическая реакция между водородом и кислородом воздуха с использованием серебросодержащего цеолита проходит непрерывно и эффективно с поддержанием высокого уровня безопасности, таким образом обеспечивается соответствующее использование теплоты каталитической реакции в качестве источника тепла.

[0018]

В устройстве источника тепла согласно настоящему изобретению вмещающий контейнер предпочтительно выполнен в виде металлического цилиндрического элемента, содержащего металлическую продуваемую конструкцию с сеткой на стороне ниже по потоку в направлении продувки, сетка имеет ячейки с меньшим размером, чем диаметр частицы серебросодержащего цеолита.

[0019]

В устройстве источника тепла, обладающем данной конструктивной особенностью, за счет выполнения вмещающего контейнера в виде металлического цилиндрического элемента с металлической продуваемой конструкцией на стороне ниже по потоку в направлении продувки так, что сетка имеет ячейки с меньшим размером, чем диаметр частицы серебросодержащего цеолита, каталитическая реакция между водородом и кислородом воздуха с использованием серебросодержащего цеолита может более эффективно проходить во вмещающем контейнере без рассеивания серебросодержащего цеолита из вмещающего контейнера. Это позволяет соответствующим образом использовать теплоту каталитической реакции в качестве источника тепла.

[0020]

В устройстве источника тепла согласно настоящему изобретению упомянутый цилиндрический элемент предпочтительно имеет двойную трубчатую конструкцию, содержащую внутреннюю трубку и внешнюю трубку.

[0021]

В устройстве источника тепла, обладающем данной конструктивной особенностью, за счет формирования цилиндрического элемента таким образом, что он имеет двойную трубчатую конструкцию, содержащую внутреннюю трубку и внешнюю трубку, обеспечивается течение теплоносителя через кольцевое пространство, образованное между внутренней трубкой и внешней трубкой, таким образом повышается термический КПД и улучшается удобство использования источника тепла.

[0022]

В устройстве источника тепла согласно настоящему изобретению разделяющее расстояние между внутренней трубкой и внешней трубкой предпочтительно установлено в соответствии с диаметром частиц серебросодержащего цеолита.

[0023]

В устройстве источника тепла, обладающем данной конструктивной особенностью за счет установки разделительного расстояния между внутренней трубкой и внешней трубкой в соответствии с размером частиц серебросодержащего цеолита, теплота каталитической реакции, выделяющаяся на поверхности серебросодержащего цеолита, передается от внутренней трубки к внешней трубке с меньшими потерями. Кроме того, предотвращается избыточное сопротивление потоку теплоносителя, даже когда теплоноситель протекает через кольцевое пространство между внутренней трубкой и внешней трубкой. В результате, это позводяет обеспечить устройство источника тепла, которое применяет наилучшим образом свойства серебросодержащего цеолита в качестве источника тепла.

[0024]

Для достижения вышеуказанной цели способ использования серебросодержащего цеолита согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что теплоту каталитической реакции, выделяемую за счет продувки серебросодержащего цеолита смешанным газом, содержащим водород, пар и воздух, используют в качестве источника тепла.

[0025]

В способе использования серебросодержащего цеолита, обладающего данной функцией, при продувке серебросодержащего цеолита смешанным газом, содержащим водород, пар и воздух, водород адсорбируется серебросодержащим цеолитом, и одновременно адсорбированный водород вступает в реакцию с кислородом воздуха с использованием серебросодержащего цеолита, тем самым выделяя в это время большое количество теплоты каталитической реакции. Поскольку каталитическая реакция между водородом и кислородом воздуха с использованием серебросодержащего цеолита проходит в присутствии обеспечивающего высокий уровень безопасности пара, взрыв водорода не происходит, даже если теплота каталитической реакции выделяется непрерывно, что вызывает состояние высокой температуры. Таким образом, теплота каталитической реакции может быть использована в качестве источника тепла.

[0026]

В способе использования серебросодержащего цеолита согласно данному изобретению смешанный газ предпочтительно обладает концентрацией водорода 1–20 об. %, концентрацией пара 1–95 об. %, концентрацией воздуха 1–95 об. % и температурой 100 °C или выше.

[0027]

В способе использования серебросодержащего цеолита, обладающего данной характерной особенностью, поскольку состав и температуру смешанного газа, которым продувают серебросодержащий цеолит, устанавливают в рамках соответствующих диапазонов, каталитическая реакция между водородом и кислородом воздуха с использованием серебросодержащего цеолита проходит непрерывно и эффективно с поддержанием высокого уровня безопасности. Таким образом, теплота каталитической реакции может быть использована в качестве источника тепла.

[0028]

В способе использования серебросодержащего цеолита согласно настоящему изобретению серебросодержащий цеолит предпочтительно продувают смешанным газом так, что температура серебросодержащего цеолита становится равной 400 °C или выше по истечении одной минуты после продувки серебросодержащего цеолита смешанным газом.

[0029]

В способе использования серебросодержащего цеолита, обладающего данной характерной особенностью, серебросодержащий цеолит в значительной степени выделяет тепло в течение короткого периода времени за счет продувки смешанным газом, таким образом обеспечивая соответствующее использование теплоты каталитической реакции в качестве источника тепла.

[0030]

В способе использования серебросодержащего цеолита согласно данному изобретению серебросодержащий цеолит предпочтительно является, по меньшей мере, одним выбранным из группы, состоящей из цеолита AgX, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит X, замещена серебром, цеолита AgA, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит A, замещена серебром, цеолита AgY, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит Y, замещена серебром, цеолита AgL, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит L, замещена серебром, и цеолита Ag типа морденит, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит типа морденит, замещена серебром.

[0031]

В способе использования серебросодержащего цеолита, обладающего данной характерной особенностью, в качестве серебросодержащего цеолита используется, по меньшей мере, один, выбранный из группы, состоящей из цеолита AgX, цеолита AgA, цеолита AgY, цеолита AgL и цеолита Ag типа морденит. В этом случае каталитическая реакция между водородом и кислородом воздуха с использованием серебросодержащего цеолита проходит непрерывно и эффективно с поддержанием высокого уровня безопасности, обеспечивая таким образом соответствующее использование теплоты каталитической реакции в качестве источника тепла.

[0032]

В способе использования серебросодержащего цеолита согласно данному изобретению серебросодержащий цеолит предпочтительно является, по меньшей мере, одним выбранным из группы, состоящей из цеолита AgMX, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит X, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра, цеолита AgMA, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит A, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра, цеолита AgMY, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит Y, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра, цеолита AgML, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит L, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра, и цеолита AgM типа морденит, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит типа морденит, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра.

[0033]

В способе использования серебросодержащего цеолита, обладающего данной характерной особенностью, в качестве серебросодержащего цеолита используется, по меньшей мере, один, выбранный из группы, состоящей из цеолита AgMX, цеолита AgMA, цеолита AgMY, цеолита AgML и цеолита AgM типа морденит. Также в этом случае каталитическая реакция между водородом и кислородом воздуха с использованием серебросодержащего цеолита проходит непрерывно и эффективно с поддержанием высокого уровня безопасности, обеспечивая таким образом соответствующее использование теплоты каталитической реакции в качестве источника тепла.

[0034]

В способе использования серебросодержащего цеолита согласно настоящему изобретению металл, отличающийся от серебра, предпочтительно является, по меньшей мере, одним металлом, выбранным из группы, состоящей из свинца, никеля и меди.

[0035]

В способе использования серебросодержащего цеолита, обладающего данной характерной особенностью, поскольку соответствующий металл используется в качестве металла, отличающегося от серебра, в цеолите AgMX, цеолите AgMA, цеолите AgMY, цеолите AgML и цеолите AgM типа морденит, каталитическая реакция между водородом и кислородом воздуха с использованием серебросодержащего цеолита проходит непрерывно и эффективно с поддержанием высокого уровня безопасности. Это позволяет соответствующим образом использовать теплоту каталитической реакции в качестве источника тепла.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0036]

[ФИГ. 1] ФИГ. 1 представляет собой схему конфигурации устройства источника тепла согласно данному изобретению.

[ФИГ. 2] ФИГ. 2 представляет собой пояснительную схему в отношении цеолита AgX.

РАСКРЫТИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0037]

Далее будут раскрыты варианты осуществления согласно данному изобретению. Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается конфигурациями, раскрытыми ниже в вариантах осуществления изобретения и на чертежах.

[0038]

Сначала будут раскрыты обстоятельства, приводящие к технике, относящейся к данному изобретению. Авторы данного изобретения обнаружили, что цеолит X с, по меньшей мере, частью участков Na, замещенных Ag (цеолит AgX), являющийся одним видом серебросодержащего цеолита, обладает высокой способностью адсорбции йода, подали заявку на патент в отношении радиоактивного адсорбента йода для подготовки к тяжелым авариям в ядерных реакторах и получили патентные права (патентная публикация Японии № 5504368) 20 марта 2014 г. В соответствии с описанием вышеуказанного патента ясно, что цеолит AgX обладает не только способностью адсорбции радиоактивного йода, а также способностью адсорбции водорода.

[0039]

Авторы настоящего изобретения далее исследовали вышеуказанный цеолит AgX и обнаружили, что когда водород абсорбируется цеолитом AgX, если цеолит AgX продувают смешанным газом, содержащим водород с добавлением пара и воздуха, цеолит AgX показывает лучшую способность адсорбции водорода, и каталитическая реакция (поглощение водорода) проходит безопасно без взрыва водорода, даже в условиях высокой температуры, так как смешанный газ содержит пар. Это также делает возможным эффективно отводить выделяемую теплоту каталитической реакции. В данном изобретении теплота, выделяемая в процессе каталитической реакции между водородом и воздухом (кислородом) с использованием серебросодержащего цеолита, включая цеолит AgX, в присутствии пара может быть использована в качестве источника тепла для различных отраслей промышленности.

[0040]

ФИГ. 1 представляет собой схему конфигурации устройства 100 источника тепла согласно данному изобретению. На ФИГ. 1(a) показано устройство 100 источника тепла согласно первому варианту осуществления, а на ФИГ. 1(b) показано устройство 100 источника тепла согласно второму варианту осуществления. В качестве основной конфигурации, общей для соответствующих вариантов осуществления, устройство 100 источника тепла содержит вмещающий контейнер 10, в котором размещен серебросодержащий цеолит 1.

[0041]

Серебросодержащий цеолит 1 содержит любой из различных типов цеолитов в качестве основного каркаса, по меньшей мере, часть ионообменных участков основного каркаса замещается серебром. Примеры такого серебросодержащего цеолита 1 содержат цеолит AgX, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит X, замещена серебром, цеолит AgA, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит A, замещена серебром, цеолит AgY, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит Y, замещена серебром, цеолит AgL, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит L, замещена серебром, и цеолит Ag типа морденит, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит типа морденит, замещена серебром.

[0042]

Другие примеры серебросодержащего цеолита 1 содержат цеолит AgMX, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит X, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра, цеолит AgMA, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит A, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра, цеолит AgMY, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит Y, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра, цеолит AgML, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит L, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра, и цеолит AgM типа морденит, в котором, по меньшей мере, часть ионообменных участков, входящих в цеолит типа морденит, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра. В этом случае примеры металла, отличающегося от серебра, содержат свинец, никель, медь и т. п.

[0043]

В настоящем изобретении, в частности, соответствующим образом используют цеолит AgX, обладающий высокой способностью адсорбции молекул водорода.

[0044]

Далее будет раскрыт цеолит AgX. ФИГ. 2 представляет собой пояснительную схему в отношении цеолита AgX. ФИГ. 2(a) представляет собой схему кристаллической структуры цеолита, а ФИГ. 2(b) представляет собой пояснительную схему реакции, в которой участки натрия цеолита 13X замещаются серебром. ФИГ. 2(c) представляет собой пояснительную схему, отражающую то, что в результате замещения участков натрия цеолита 13X серебром уменьшается диаметр его микропор.

[0045]

Как показано на ФИГ. 2(a), цеолит является видом силикатов, и основными единицами структуры цеолита является тетраэдрическая структура (SiO₄)^4- и (AlO₄)^5-. Эти основные единицы успешно соединяются вместе в трехмерном пространстве для формирования кристаллической структуры. В зависимости от типа соединения основных единиц формируются различные кристаллические структуры цеолита. Каждая сформированная кристаллическая структура обладает собственным единым диаметром микропор. Благодаря единому диаметру микропор, цеолит обладает такими свойствами, как молекулярное сито, поглотительная способность и способность ионного обмена.

[0046]

Например, цеолит 13X является цеолитом X, широко используемым в промышленности, и имеет следующий состав: Na₈₆[(AlO₂)₈₆(SiO₂)₁₀₆]·276H₂O. Как показано на ФИГ. 2(b), цеолит AgX, используемый в устройстве 100 источника тепла согласно данному изобретению, может быть получен за счет ионного обмена с натриевыми участками, являющимися участками ионного обмена цеолита 13X с серебром. Скорость ионного обмена с серебром в цеолите AgX составляет 90 % или более, а предпочтительно 95 % или более.

[0047]

Предпочтительно, чтобы цеолит AgX не осуществлял ионный обмен с каким-либо материалом, кроме серебра. Т. е. в цеолите AgX по существу все натриевые участки цеолита 13X предпочтительно должны осуществлять ионный обмен с серебром. При такой высокой скорости ионного обмена цеолит обладает отличной способностью адсорбции молекул водорода. Это связано с тем, что, как показано на ФИГ. 2(c), диаметр микропор (около 0,4 нм) цеолита 13X c натриевыми участками до зарядки ионами серебра слишком большой для удерживания молекул водорода (диаметр молекулы: около 0,29 нм). Однако, когда натриевые участки цеолита 13X осуществляют обмен ионами с серебром, диаметр микропор данного цеолита становится оптимальным диаметром микропор (около 0,29 нм) для удерживания молекулы водорода, при этом, следовательно, цеолит 13X, заряженный ионами серебра, может с высокой эффективностью адсорбировать молекулы водорода.

[0048]

При практическом применении цеолит AgX предпочтительно должен перерабатываться в гранулы. Размер частиц цеолита AgX в этом случае предпочтительно составляет от 8 × 12 меш до 10 × 20 меш (JIS K 1474-4-6). Что касается обозначения меш по размеру частиц, например, обозначение «10 х 20 меш» означает, что частица проходит через сито с размером ячеек 10 меш, но не проходит через сито с размером ячеек 20 меш, т. е. размер частиц составляет от 10 до 20 меш. Термин «10 меш» означает, что на дюйм приходится 10 ячеек (что составляет около 2,54 см), т. е. размер одной ячейки составляет около 2,54 мм.

[0049]

Вышеуказанный серебросодержащий цеолит 1 размещают во вмещающем контейнере 10. Как показано на ФИГ. 1(a), например, вмещающий контейнер 10 выполнен в виде металлической трубки 10, являющейся цилиндрическим элементом. Металлические сетки 11, каждая из которых имеет размер ячейки меньший, чем диаметр частиц серебросодержащего цеолита 1, предусмотрены на обоих концах металлической трубки 10 для обеспечения воздухопроницаемости в металлической трубке 10 (первый вариант осуществления изобретения). Как показано на ФИГ. 1(b), металлическая трубка 10 может иметь двойную трубчатую конструкцию, содержащую внутреннюю трубку 10a и внешнюю трубку 10b (второй вариант осуществления).

В этом случае внутренняя трубка 10a и внешняя трубка 10b соединены и зафиксированы ребрами или стержнями (не показаны), обеспечивая таким образом прохождение теплоносителя через кольцевое пространство, формируемое между внутренней трубкой 10a и внешней трубкой 10b. За счет этого увеличивается термический КПД устройства 100 источника тепла, а также его применимость. В качестве теплоносителя может быть использована вода, масло, олово в расплавленном состоянии и т. п.

[0050]

При использовании в качестве устройства 100 источника тепла конфигурации второго варианта осуществления изобретения, показанного на ФИГ. 1(b), размер кольцевого пространства между внутренней трубкой 10a и внешней трубкой 10b (разделяющее расстояние между внутренней трубкой 10a и внешней трубкой 10b) предпочтительно устанавливают в соответствии с размером (размер частиц) серебросодержащего цеолита 1. Например, разделяющее расстояние между внутренней трубкой 10a и внешней трубкой 10b установлено от 0,5 до 10 раз и предпочтительно от 1 до 5 раз большим, чем диаметр частиц серебросодержащего цеолита 1. В этом случае теплота каталитической реакции, выделяемая на поверхности серебросодержащего цеолита 1 (будет подробно раскрыт ниже), передается от внутренней трубки 10a к внешней трубке 10b с меньшими потерями при подавлении избыточного увеличения сопротивления потока теплоносителя в кольцевом пространстве, служащем для теплообмена. В результате, это может обеспечить устройство 100 источника тепла, которое максимально применяет свойства серебросодержащего цеолита 1, используемого в источнике 100 тепла.

[0051]

Примеры материала, используемого для металлической трубки 10 и металлической сетки 11, содержат различные металлы, такие как железо, медь, серебро, никель, алюминий, титан и нержавеющую сталь, а также сплав, содержащий любой из этих материалов. Так как металлическая трубка 10 и металлическая сетка 11 контактируют с влажным смешанным газом G (будет подробно раскрыто ниже), предпочтительно использовать алюминий, титан и нержавеющую сталь, обладающие соответствующей устойчивостью к коррозии. За счет использования металлической трубки 10, имеющей продуваемую конструкцию (сетка 11), выполненную из металла с устойчивостью к коррозии, каталитическая реакция между водородом и кислородом воздуха через серебросодержащий цеолит может более эффективно проходить в металлической трубке 10 без рассеивания серебросодержащего цеолита из металлической трубки 10, обеспечивая таким образом соответствующее использование теплоты каталитической реакции в качестве источника тепла.

[0052]

Сетка 11, специально предусмотренная на конце металлической трубки 10 на стороне ниже по потоку в направлении продувки, предпочтительно должна иметь меньший размер ячеек (например, меньше 20 меш) чем диаметр частиц серебросодержащего цеолита. Серебросодержащий цеолит 1, отрегулированный между 8 х 12 и 10 х 20 меш, имеет большую применимость. Таким образом, применение сетки 11 с размером ячеек меньше 20 меш на стороне ниже по потоку в направлении продувки может обеспечивать как удерживание серебросодержащего цеолита 1 в металлической трубке 10, так и воздухопроницаемость металлической трубки 10. Следует учитывать, что размер сетки 11 на стороне выше по потоку в направлении продувки не имеет конкретных ограничений, но если сетка с размером ячеек меньше 20 меш также используется на стороне выше по потоку в направлении продувки, как и на стороне ниже по потоку в направлении продувки, серебросодержащий цеолит 1 остается в металлической трубке 10, даже когда смешанный газ G течет в обратном направлении, таким образом обеспечивая возможность поддержания безопасного состояния.

[0053]

Вышеуказанный вмещающий контейнер 10 продувается смешанным газом G, содержащим водород, пар и воздух. Смешанный газ G является влажным газом, так как содержит пар. Однако, когда смешанный газ G контактирует с серебросодержащим цеолитом 1 внутри вмещающего контейнера 10, водород, содержащийся в смешанном газе G, адсорбируется в серебросодержащем цеолите 1, а затем адсорбированный водород реагирует с кислородом воздуха, содержащемся в смешанном газе G, с использованием серебросодержащего цеолита 1, как следствие выделяя в это время большое количество теплоты каталитической реакции. При этом вмещающий контейнер (металлическая трубка) 10 с металлическими сетками 11, предусмотренными на его обоих концах, обладает хорошей воздухопроницаемостью и отличным термическим КПД, и таким образом относительно быстро увеличивает его температуру при поступлении теплоты каталитической реакции между водородом и кислородом с использованием серебросодержащего цеолита 1. В частности, при использовании цеолита AgX в качестве серебросодержащего цеолита 1 температура цеолита AgX, размещенного во вмещающем контейнере 10, становится равной 400 °C или выше по истечении одной минуты после продувки вмещающего контейнера 10 при нормальной температуре (от 15 до 25 °C) смешанным газом G. В результате температура вмещающего контейнера 10 также значительно увеличивается от нормальной температуры до примерно 400 °C. В то же время, так как каталитическая реакция между водородом и кислородом воздуха с использованием серебросодержащего цеолита проходит в присутствии пара, взрыва водорода не происходит, даже если теплота каталитической реакции выделяется непрерывно с созданием состояния высокой температуры, что обеспечивает высокий уровень безопасности.

[0054]

Состав смешанного газа G предпочтительно обладает концентрацией водорода 1–20 об. %, концентрацией пара 1–95 об. % и концентрацией воздуха 1–95 об. %. Состав смешанного газа G более предпочтительно обладает концентрацией водорода 1–15 об. %, концентрацией пара 10–90 об. % и концентрацией воздуха 5–80 об. %. Смешанный газ G предпочтительно имеет температуру 100 °C или выше, более предпочтительно 120 °C или выше и наиболее предпочтительно 130 °C или выше.

[0055]

В связи с тем, что такой смешанный газ G находится в контакте с серебросодержащим цеолитом 1, каталитическая реакция между водородом и кислородом воздуха с использованием серебросодержащего цеолита 1 проходит непрерывно и эффективно, при этом поддерживая высокий уровень безопасности. Следовательно, температура вмещающего контейнера 10 увеличивается, обеспечивая восстановление тепла из него. Восстановленное тепло может быть использовано в качестве источника тепла для различных устройств.

[0056]

Таким образом, согласно настоящему изобретению, устройство источника тепла, основанное на полностью новой концепции, не предложенной до настоящего времени, может быть получено в относительно простой конфигурации, в которой серебросодержащий цеолит 1 (предпочтительно цеолит AgX) помещают во вмещающий контейнер (металлическую трубку) 10, оснащенный металлическими сетками 11 на обоих его концах, что обеспечивает продувку вмещающего контейнера 10 смешанным газом G, содержащим водород, пар и воздух.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

[0057]

Устройство источника тепла согласно настоящему изобретению может быть использовано в качестве различных источников тепла промышленного применения. Например, устройство источника тепла согласно настоящему изобретению может быть использовано, как система источников тепла в комбинации с топливной ячейкой или генерирующим энергию материалом. Кроме того, устройство источника тепла согласно настоящему изобретению также может быть использовано в качестве источников тепла для обычных домохозяйств, например для обогрева или приготовления пищи. Способ использования серебросодержащего цеолита согласно настоящему изобретению также может быть использован в любой области, представленной в качестве примера выше.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

[0058]

1 СЕРЕБРОСОДЕРЖАЩИЙ ЦЕОЛИТ

10 ВМЕЩАЮЩИЙ КОНТЕЙНЕР (МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ТРУБКА)

10a ВНУТРЕННЯЯ ТРУБКА

10b ВНЕШНЯЯ ТРУБКА

11 ПРОДУВАЕМАЯ КОНСТРУКЦИЯ (СЕТКА)

100 УСТРОЙСТВО ИСТОЧНИКА ТЕПЛА

G СМЕШАННЫЙ ГАЗ

Предложено устройство источника тепла, использующее теплоту каталитической реакции в качестве источника тепла в промышленности. Устройство 100 источника тепла, использующее теплоту каталитической реакции серебросодержащего цеолита 1, содержит вмещающий контейнер 10 для размещения серебросодержащего цеолита 1 с обеспечением воздухопроницаемости, при этом вмещающий контейнер 10 выполнен с возможностью продувки смешанным газом G, содержащим водород, пар и воздух. Смешанный газ обладает концентрацией водорода 1-20 об.%, концентрацией пара 1-95 об.%, концентрацией воздуха 1-95 об.% и температурой 100°C или выше. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил

1. Устройство источника тепла, использующее теплоту каталитической реакции серебросодержащего цеолита, при этом упомянутое устройство источника тепла содержит

вмещающий контейнер для размещения серебросодержащего цеолита с обеспечением воздухопроницаемости, причем

вмещающий контейнер выполнен с возможностью продувки его смешанным газом, содержащим водород, пар и воздух.

2. Устройство источника тепла по п. 1, в котором

смешанный газ обладает концентрацией водорода 1-20 об.%, концентрацией пара 1-95 об.%, концентрацией воздуха 1-95 об.% и температурой 100°C или выше.

3. Устройство источника тепла по п. 1 или 2, в котором

температура серебросодержащего цеолита, размещенного во вмещающем контейнере, соответствует 400°C или выше по истечении одной минуты после продувки вмещающего контейнера смешанным газом.

4. Устройство источника тепла по п. 1 или 2, в котором

серебросодержащий цеолит представляет собой по меньшей мере один выбранный из группы, состоящей из цеолита AgX, в котором по меньшей мере часть ионообменных участков, входящих в цеолит X, замещена серебром, цеолита AgA, в котором по меньшей мере часть ионообменных участков, входящих в цеолит A, замещена серебром, цеолита AgY, в котором по меньшей мере часть ионообменных участков, входящих в цеолит Y, замещена серебром, цеолита AgL, в котором по меньшей мере часть ионообменных участков, входящих в цеолит L, замещена серебром, и цеолита Ag типа морденит, в котором по меньшей мере часть ионообменных участков, входящих в цеолит типа морденит, замещена серебром.

5. Устройство источника тепла по п. 1 или 2, в котором

серебросодержащий цеолит представляет собой по меньшей мере один выбранный из группы, состоящей из цеолита AgMX, в котором по меньшей мере часть ионообменных участков, входящих в цеолит X, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра, цеолита AgMA, в котором по меньшей мер, часть ионообменных участков, входящих в цеолит A, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра, цеолита AgMY, в котором по меньшей мере часть ионообменных участков, входящих в цеолит Y, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра, цеолита AgML, в котором по меньшей мере часть ионообменных участков, входящих в цеолит L, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра, и цеолита AgM типа морденит, в котором по меньшей мере часть ионообменных участков, входящих в цеолит типа морденит, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра.

6. Устройство источника тепла по п. 5, в котором

металл, отличающийся от серебра, является по меньшей мере одним металлом, выбранным из группы, состоящей из свинца, никеля и меди.

7. Устройство источника тепла по п. 1 или 2, в котором

вмещающий контейнер выполнен в виде металлического цилиндрического элемента, содержащего металлическую продуваемую конструкцию с сеткой на стороне ниже по потоку в направлении продувки, упомянутая сетка имеет размер ячейки меньше, чем диаметр частицы серебросодержащего цеолита.

8. Устройство источника тепла по п. 7, в котором

упомянутый цилиндрический элемент имеет двойную трубчатую конструкцию, содержащую внутреннюю трубку и внешнюю трубку.

9. Устройство источника тепла по п. 8, в котором

разделяющее расстояние между внутренней трубкой и внешней трубкой установлено в соответствии с диаметром частиц серебросодержащего цеолита.

10. Способ использования серебросодержащего цеолита, в котором

в качестве источника тепла используют теплоту каталитической реакции, выделяемую за счет продувки серебросодержащего цеолита смешанным газом, содержащим водород, пар и воздух.

11. Способ по п. 10, в котором

смешанный газ обладает концентрацией водорода 1-20 об.%, концентрацией пара 1-95 об.%, концентрацией воздуха 1-95 об.% и температурой 100°C или выше.

12. Способ по пп. 10 или 11, в котором

серебросодержащий цеолит продувают смешанным газом так, что температура серебросодержащего цеолита становится равной 400°C или выше по истечении одной минуты после продувки серебросодержащего цеолита смешанным газом.

13. Способ по п. 10 или 11, в котором

серебросодержащий цеолит является по меньшей мере одним выбранным из группы, состоящей из цеолита AgX, в котором по меньшей мере часть ионообменных участков, входящих в цеолит X, замещена серебром, цеолита AgA, в котором по меньшей мере часть ионообменных участков, входящих в цеолит A, замещена серебром, цеолита AgY, в котором по меньшей мере часть ионообменных участков, входящих в цеолит Y, замещена серебром, цеолита AgL, в котором по меньшей мере часть ионообменных участков, входящих в цеолит L, замещена серебром, и цеолита Ag типа морденит, в котором по меньшей мере часть ионообменных участков, входящих в цеолит типа морденит, замещена серебром.

14. Способ по п. 10 или 11, в котором

серебросодержащий цеолит является по меньшей мере одним выбранным из группы, состоящей из цеолита AgMX, в котором по меньшей мере часть ионообменных участков, входящих в цеолит X, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра, цеолита AgMA, в котором по меньшей мере часть ионообменных участков, входящих в цеолит A, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра, цеолита AgMY, в котором по меньшей мере часть ионообменных участков, входящих в цеолит Y, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра, цеолита AgML, в котором по меньшей мере часть ионообменных участков, входящих в цеолит L, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра, и цеолита AgM типа морденит, в котором по меньшей мере часть ионообменных участков, входящих в цеолит типа морденит, замещена серебром и металлом, отличающимся от серебра.

15. Способ по п. 14, в котором

металл, отличающийся от серебра, является по меньшей мере одним металлом, выбранным из группы, состоящей из свинца, никеля и меди.